相対性理論に関して３）電子の動く速さ

質問

１）原子を構成する電子はどんな速さで動いているのでしょうか？
多分めちゃくちゃ速いスピードで動いていると思います。とすると電子は相対性理論でいうところの光速に近い場合のゆがんだ空間にいるということになると思いますが、
２）それを実証する何かが発見された、という事があるのでしょうか？

回答No.2

noname#108554 · ベストアンサー

>原子を構成する電子はどんな速さで動いているのでしょうか？

電子は量子力学にしたがっているので、
「どんな速さで動いている」かどうかを問うことが
あまり意味がないですが、あえて古典論で無理やり考えると、
水素原子の場合、光速×微細構造定数のオーダー、
すなわち光速の137分の1程度で走り回っています。

>それを実証する何かが発見された、

この結論は、ディラック方程式の結果ですが、
実験物理学史上最高の精度で検証されています。
理論屋さんががっかりするぐらい・・・

お礼

ありがとうございました。
光速の137分の１ですか・・・これはK殻、L殻、M殻関係なくそんなものなのでしょうか？
それに光速の137分の１だと、重量はどの程度増えるものなのでしょうか。この程度ではまだまだ、影響が出る範囲ではないでしょうか？

回答No.3

ryumu

原子に含まれる電子の相対論効果は、金や水銀など、重い原子で現れているようです。

このような重い原子の１ｓ電子は、原子核とのクーロン力により強い束縛を受け（位置がより固定されようとする）、不確定性原理により、激しく運動するからです（１ｓ電子の運動速度はおおよそ原子番号の２乗に比例する）。
このような効果は１ｓ電子に限らず、その他の電子にも影響を与えるはずです。

実際、このような重い原子を含む分子では、相対論を考慮した場合の方が、考慮しなかった場合よりも、結合距離や結合エネルギーなどの実験値に合うことが分かっています（J. Chem. Phys.,74, 1272(1981)）。

お礼

ありがとうございました。
やっぱり、相対性理論と量子の世界は矛盾していないんですね。
ちなみに電子の重さ、って理科年表などに書いてある数値は止まっているときの重さですか、飛んでいるときの重さですか？それともその程度のスピードでは重さに影響しないのでしょうか？

回答No.1

apple-man

>多分めちゃくちゃ速いスピードで動いていると思います。

物質の中では、原子の作り出すポテンシャル
の場というのがあり、電子の運動は妨害される
のでそんなにスピードは出ません。

　電流が流れると温度が上がるのは、この電子
の運動エネルギーが原子核に吸収され、原子核の
振動が大きくなるため、温度の上昇という形で
観測されるのです。